纖維狀摩擦納米發電機可用于生物力學監測

據報道，中科院北京納米能源與系統研究所王中林院士等人通過將銀納米線/碳納米管導電材料和封裝的聚二甲基硅氧烷有序地沉積到可拉伸的氨綸纖維上，制備了直徑為0.63 mm的高度柔性、可伸縮的同軸結構纖維狀摩擦納米發電機。作為一種自供電的多功能傳感器，合成的復合纖維可以將機械刺激轉換為電信號，而不會影響正常的人體活動。此外，F-TENG可以很容易地集成到紡織品中，作為觸覺傳感器，可以繪制實時的觸覺軌跡和壓力分布。

該研究中直徑為0.63 mm的可拉伸F-TENG是通過三步涂覆方法制成的。首先將銀納米線（Ag NWs）沉積到可拉伸的氨綸纖維基材上。為了進一步提高電導率和穩定性，然后將碳納米管（CNT）溶液浸涂在準備好的纖維上。CNT 覆蓋了Ag NW的表面以及它們之間的孔隙。隨后通過聚二甲基硅氧烷（PDMS）將復合纖維包封以形成同軸結構。F-TENG 在拉伸后可保持完整無損，應變可高達140%，也可以打結并折疊成各種形狀。

為了研究F-TENG的壓力敏感性，研究人員研究了電輸出和加載力之間的關系，得知電壓和電流隨著壓力的增加而增加。基于F-TENG的出色靈活性和高感測功能，研究人員開發了一種自供電的人體運動檢測器。例如，將F-TENG 縫在襪子的腳跟上，當測試儀行走或奔跑時，腳與地面之間的周期性接觸間隔會產生周期性的電信號。根據這些電信號，可以了解人體的運動行為并記錄步數。此外，作者制造了基于F-TENG的觸覺傳感器，它結合了F-TENG的傳感性能和織物的柔性。當觸覺傳感器被觸摸時，觸覺傳感器將產生輸出電壓信號。這些信號可以通過專門開發的數據分析和處理軟件顯示實時結果。當手指觸摸觸覺傳感器時，計算機屏幕會實時顯示電壓信號，通過觀察顏色的變化，還可以識別觸摸位置。綜上所述，基于F-TENG的觸覺傳感器有望成為自供電、透氣、可靠和舒適電子皮膚的候選對象，在壓力跟蹤和多點觸控設備中具有廣闊的應用前景。